(57)【要約】【課題】  共焦点光学系と通常の明視野光学系とを両立させるとともに、通常の明視野光学系から共焦点光学系に切り替えたときに生じる光量低下を低減することが可能な光学式検査装置を提供する。【解決手段】  光学式検査装置１は、光源１１から試料１５を照明する照明光を絞り込む第１ピンホール板３０と、照明光が試料１５で反射した反射光を絞り込む第２ピンホール板３２と、と互いに共役な位置に設け、これらピンホール板３０、３２を着脱することにより共焦点光学系と通常の明視野光学系とを切換えることとし、第１ピンホール板３０上のピンホールＰ１〜Ｐ５に入射する照明光を集光する集光光学素子３１を第１ピンホール板３０と同時に着脱することとした。【選択図】      図１
2007033381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から試料を照明する照明光を絞り込む着脱可能な第１ピンホール板と、前記照明光が前記試料で反射した反射光を絞り込む第２ピンホール板と、が互いに共役な位置に設けられる光学式検査装置において、
前記第１ピンホール板と同時に着脱される、該第１ピンホール板上のピンホールに入射する前記照明光を集光する集光光学素子を備えることを特徴とする光学式検査装置。
【請求項２】
前記第１ピンホール板と前記光源との間に設けられるコンデンサレンズであって、その後側焦点位置又はこれと共役な位置に前記第１ピンホール板が位置するよう配置されるコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズの前側焦点位置に前記光源の光源像を可変倍率で投影する可変倍率光学系と、
前記可変倍率光学系の投影倍率を変更して照明開口数を変更する照明開口数変更手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学式検査装置。
【請求項３】
前記可変倍率光学系は、倍率の異なる複数のフライアイレンズを備え、
前記光学式検査装置は、前記複数のフライアイレンズを切り替えることにより、前記試料に照射される照明光の強度を変更する照明強度変更手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の光学式検査装置。
【請求項４】
前記第１ピンホール板と前記光源との間に設けられるコンデンサレンズであって、その後側焦点位置又はこれと共役な位置に前記第１ピンホール板が位置するよう配置されるコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズの倍率を変更することにより、前記試料に照射される照明光の強度を変更する照明強度変更手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学式検査装置。
【請求項５】
前記コンデンサレンズの前側焦点位置に前記光源の光源像を可変倍率で投影する可変倍率光学系と、
前記可変倍率光学系の投影倍率を変更して照明開口数を変更する照明開口数変更手段と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の光学式検査装置。
【請求項６】
前記照明光が前記試料で反射した反射光を観察面に結像する結像光学系と、前記結像光学系の倍率を変更する結像系倍率変更手段と、を備え、
前記照明強度変更手段は、前記結像光学系の倍率に応じて、前記第１ピンホール板に照射される照明光の照射範囲を変更する、ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の光学式検査装置。
【請求項７】
互いに共役な位置に設けられた、光源から試料を照明する照明光を絞り込む第１ピンホール板と、前記照明光が前記試料で反射した反射光を絞り込む第２ピンホール板と、を着脱することにより、共焦点光学系と通常の明視野光学系とを切換える光学式検査装置の照明方法において、
前記第１及び第２ピンホールとともに、前記第１ピンホール板上のピンホールに入射する前記照明光を集光する集光光学素子を着脱することを特徴とする照明方法。
【請求項８】
前記第１ピンホール板と前記光源との間に設けられるコンデンサレンズであって、その後側焦点位置又はこれと共役な位置に前記第１ピンホール板が位置するよう配置されるコンデンサレンズを設け、前記コンデンサレンズの前側焦点位置に投影される前記光源の光源像の投影倍率を変更することにより照明開口数を変更することを特徴とする請求項７に記載の照明方法。
【請求項９】
前記コンデンサレンズの前側焦点位置に前記光源の光源像を投影する、倍率の異なる複数のフライアイレンズを設け、該複数のフライアイレンズを切り替えることにより前記試料に照射される照明光の強度を変更することを特徴とする請求項８に記載の照明方法。
【請求項１０】
前記光学式検査装置に、前記第１ピンホール板と前記光源との間に設けられるコンデンサレンズであって、その後側焦点位置又はこれと共役な位置に前記第１ピンホール板が位置するよう配置されるコンデンサレンズを設け、該コンデンサレンズの倍率を変更することにより、前記試料に照射される照明光の強度を変更することを特徴とする請求項７に記載の照明方法。
【請求項１１】
前記コンデンサレンズの前側焦点位置に投影される前記光源の光源像の投影倍率を変更することにより照明開口数を変更することを特徴とする請求項１０に記載の照明方法。
【請求項１２】
前記試料に照射される照明光の強度を変更するために、前記光学式検査装置の結像光学系の倍率に応じて、前記第１ピンホール板に照射される照明光の照射範囲を変更することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の照明方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハやマスクなどの半導体の検査に使用される光学式検査装置及びその照明方法に関し、特に共焦点光学系と通常の明視野光学系とを切換え可能に構成された光学式検査装置及びその照明方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ、半導体メモリ用フォトマスク、液晶表示パネルなどにおいては、所定のパターンが繰返し形成される。そこで、このパターンの光学像を捕らえ、隣接するパターン同士を比較することによりパターンの欠陥を検出することが行われている。比較の結果、２つのパターン間に差異がなければ欠陥のないパターンであり、差異があればいずれか一方のパターンに欠陥が存在すると判定する。
このような半導体ウエハ用外観検査装置では、パターンの光学像を捕らえるために一般に光学式顕微鏡が使用される。
【０００３】
上記半導体ウエハ等に形成されるパターンは非常に微細であり、この微細なパターンに存在する微小な欠陥を見つけるためには、非常に高い分解能が必要とされる。このため半導体ウエハ用外観検査装置には、共焦点顕微鏡がしばしば使用される（例えば、下記特許文献１及び特許文献２）。また、波長を短波長化することによる分解能向上も進められている。
以下の説明では、半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用外観検査装置を例として説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、光学式顕微鏡など様々な光学式検査装置に適用可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−９２３９８号公報
【特許文献２】特開２００２−３２８０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
共焦点顕微鏡は焦点深度が浅いため、光軸方向に多重構造を有する試料を一度の検査で調べることが難しい。そのため共焦点光学系と通常の明視野光学系とを両立して両者を切り替えることが可能な検査装置が好ましい。
共焦点光学系は、光源から試料を照明する照明光を絞り込む第１ピンホール板と、照明光が試料で反射した反射光を絞り込む第２ピンホール板と、を互いに共役な位置に設けることによって実現される。
しかし、これらピンホール板を着脱して共焦点光学系と通常の明視野光学系とを切り換えることができるように検査装置を構成すると、照明光を絞り込む第１ピンホール板によって大半の照明光が遮られるために、明視野観察時と比べて光量が大きく減衰して検査装置のスループットが低下するという問題があった。
【０００６】
上記問題点を鑑み、本発明では共焦点光学系と通常の明視野光学系とを両立させるとともに、通常の明視野光学系から共焦点光学系に切り替えたときに生じる光量低下を低減し、もってスループット低下を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明による光学式検査装置では、光源から試料を照明する照明光を絞り込む第１ピンホール板と、照明光が試料で反射した反射光を絞り込む第２ピンホール板と、と互いに共役な位置に設け、これらピンホール板を着脱することにより共焦点光学系と通常の明視野光学系とを切換えることとし、第１ピンホール板上のピンホールに入射する照明光を集光する集光光学素子を第１ピンホール板と同時に着脱することとした。
このような集光光学素子を第１ピンホール板と同時に着脱することにより、通常の明視野光学系から共焦点光学系に切り替えたときに生じる光量低下を低減することが可能となる。
【０００８】
第１ピンホール板と光源との間に上記集光光学素子を挿入すると、ピンホールから見込んだ入射光束の立体角が変動するため照明ＮＡが変動する。照明光学系にケーラー照明を使用する場合には、照明ＮＡが変化すると可干渉性が変化しこれによって解像力、焦点深度、コントラストが影響を受ける。一方で最適な照明ＮＡは観察対象によって異なるものであり、検査装置は開口ＮＡを変更することができるように構成されることが好ましい。
【０００９】
そこで、本発明による光学式検査装置を、第１ピンホール板と光源との間に設けられるコンデンサレンズであって、その後側焦点位置又はこれと共役な位置に前記第１ピンホール板が位置するよう配置されるコンデンサレンズと、コンデンサレンズの前側焦点位置に光源の光源像を可変倍率で投影する可変倍率光学系と、可変倍率光学系の投影倍率を変更して照明開口数を変更する照明開口数変更手段と、をさらに備えて構成し、集光光学素子の着脱による開口照明の変動を照明開口数変更手段によって相殺してよい。
【００１０】
さらに、光学式検査装置では観察対象の種類に応じて、光学式顕微鏡の観察倍率を変えることができれば好適である。このような観察倍率を切り替える手法としては、光学式顕微鏡の対物レンズの倍率を切り替える手法と、対物レンズにより投影された検査対象の像を結像するための結像レンズの倍率を切り替える手法がある。このうち結像レンズを切り替える手法は、倍率毎に対物レンズを用意する必要がなく、かつ対物レンズを動かす必要がないために光軸の再現性が容易に出せる。
【００１１】
そこで本発明による光学式検査装置は、照明光が試料で反射した反射光を観察面に結像する結像光学系の倍率を変更する結像系倍率変更手段を備えて構成される。
このとき結像光学系で観察倍率を高くすると、観察視野のみが狭くなり試料を照射する照明光の照明範囲が変わらないため、投影面に導かれる光量が減少したり、また観察視野外の無駄な領域を照明するという問題がある。
そこで本発明による光学式検査装置を、結像光学系の倍率に応じて、第１ピンホール板に照明光を投影する投影倍率を変更して第１ピンホール板の位置における照明光の光束の断面寸法を変更し、ピンホールを通過する照明光の照明強度を変えることによって試料に照射される照明光の強度を変更する照明強度変更手段を備えて構成してよい。
【００１２】
第１ピンホール板に照明光を投影する投影倍率を変更するために、倍率の異なる複数のフライアイレンズを備えて上記の可変倍率光学系を構成し、照明強度変更手段は、複数のフライアイレンズを切り替えることによって試料に照射される照明光の強度を変更することとしてよい。
または、照明強度変更手段は、上記コンデンサレンズの倍率を変更することによって試料に照射される照明光の強度を変更することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、共焦点光学系と通常の明視野光学系とを両立するとともに、通常の明視野光学系から共焦点光学系に切り替えたときに生じる光量低下が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の第１実施例による光学式検査装置の概略構成図である。図示するように、試料１５を保持するステージ１６と、試料１５を照明するための光源１１と、試料１５の表面の光学像を投影する対物レンズ１４と、光源１１から生じた照明光を対物レンズ１４を介して試料１５に照射する照明光学系１２と、対物レンズ１４により投影された試料１５の像を結像する結像光学系１８と、照明光学系１２から入射した照明光を対物レンズ１４へと反射するとともに、対物レンズ１４による試料１５の像の投影光を結像光学系１８へと透過させるビームスプリッタ１３と、結像光学系１８により投影された半導体ウエハ２の表面の光学像を電気的な画像信号に変換する撮像装置１９と、を備えている。光源１１には、ランプ光源を用いてもよく、また、レーザー光源を用いてもよい。特に２７０ｎｍ以下の波長のレーザー光源を用いると、波長による分解能向上がプラスされて、なお一層効果的である。
【００１５】
照明光学系１２は、光源１１からの光を集光してその後側焦点位置に明るさの一様な光源像を作るための可変倍率光学系２０と、可変倍率光学系２０の後側焦点位置に作られた光源像をさらにその後側焦点位置に結ぶコンデンサレンズ４０と、コンデンサレンズ４０の後側焦点位置に結ばれた光源像を無限遠に投影させるリレーレンズ８１と、を備える。リレーレンズ８１により無限遠に投影された光源像は、ビームスプリッタ１３によって対物レンズ１４へと反射され、その後対物レンズ１４によって試料１５へ集光される。これによってコンデンサレンズ４０の後側焦点位置と共役である試料１５面が、一様な明るさの照明光によって照明される。
一方、結像光学系１８は、対物レンズ１４により投影された試料１５の像を結像する結像レンズ５０と、結像レンズ５０により結ばれた試料１５の像をさらにイメージセンサ１９上に結像するリレーレンズ８２と、を備える。
【００１６】
さらに照明光学系１２は、光源１１からの照明光を通過させる微小ピンホールを多数備える第１ピンホール板３０をコンデンサレンズ４０の後側焦点位置に備える。一方で結像光学系１８は、第１ピンホール板３０が設けられる位置と共役な位置である結像レンズ５０の焦点面に微小ピンホールを多数備える第２ピンホール板３２が設けられる。
第２ピンホール板３２に設けられる各微小ピンホールは、第１ピンホール板３０に設けられた各微小ピンホールを通過した各照明光がリレーレンズ８１、ビームスプリッタ１３及び対物レンズ１４を経由して試料１５で反射し、その１次反射光が再度ビームスプリッタ１３及び結像レンズ５０を通って結像レンズ５０の焦点面にて像を結ぶ位置に設けられている。このようにして第２ピンホール板３２は、結像レンズ５０の焦点面で焦点の合った光のみを通過させることによって、焦点が合っている部位以外からの光が重なって見えてしまうことによる像のぼやけを防ぐ。
【００１７】
これら第１ピンホール板３０と第２ピンホール板３２は、それぞれ照明光学系１２及び結像光学系１８に着脱可能に設けられる。光学式検査装置１は、これらピンホール板を同時にそれぞれの光学系に挿入し及び抜き出すことによって、光学式検査装置１の光学系を共焦点光学系及び通常の明視野光学系のいずれかに切り替える光学系切換制御部９１と、この光学系切換制御部９１による命令信号に従って、第１ピンホール板３０と第２ピンホール板３２を照明光学系１２及び結像光学系１８に着脱可能に挿入及び抜き出すピンホール着脱機構９２を備えている。
【００１８】
図２の（Ａ）に、第１ピンホール板３０における微小ピンホールＰ１〜Ｐ５…の２次元配置を示す。共焦点光学系における微小ピンホールの配置は様々な文献により既知でありここに詳しい説明は省略する。本実施例において微小ピンホールＰ１〜Ｐ５…間の配置間隔Ｐｓは例えば１００μｍであり、微小ピンホールそれぞれの直径Ｐｄは２５μｍである。
ここでリレーレンズ８１及び対物レンズ１４の倍率を１００倍とすると、微小ピンホールを通過した光束は、直径２５０ｎｍのスポット光となって試料１５を照射する。
一方、本実施例では対物レンズ１４及び結像レンズ５０の倍率をリレーレンズ８１及び対物レンズ１４の倍率と同様（１００倍）とする。したがって第２ピンホール板３２は、第１ピンホール板３０上の微小ピンホールＰ１〜Ｐ５…の配置と同じ配置で微小ピンホールが設けられる。
【００１９】
第２ピンホール板３２を通過した光は、リレーレンズ８２を経て撮像装置１９の受光面に結像される。ここでリレーレンズ８２の倍率を０．８倍とすれば、第２ピンホール板３２上で直径２５μｍであった微小ピンホールを通過した像は、撮像装置１９の受光面上で３０μｍの大きさに投影される。
本実施例では、撮像装置１９としてＴＤＩセンサーを用いる。そしてステージ１６を移動させることによって第２ピンホール板３２と試料１５とを相対的に走査することによって試料１５全面の撮像画像を得る。ＴＤＩセンサーの１画素の大きさが１０μｍ角であるとすると、１つの第２ピンホール板３２を通過した像は、３×３個の画素に投影される。
【００２０】
照明光学系１２は、コンデンサレンズ４０を通って第１ピンホール板３０に照射される照明光を、第１ピンホール板３０に設けられた微小ピンホールへと集光するマイクロレンズアレイ等の集光光学素子３１を備える。図３に、図１に示す第１ピンホール板３０及び集光光学素子３１の斜視図を示す。図３では集光光学素子３１にマイクロレンズアレイが使用される。
集光光学素子３１は、第１ピンホール板３０に設けられた微小ピンホールＰ１〜Ｐ５…と同じ間隔で配置される微小レンズ（マイクロレンズ）Ｌ１〜Ｌ５…を備えており、各マイクロレンズＬ１〜Ｌ５…は、その光軸がそれぞれ対応するピンホールＰ１〜Ｐ５…の中心を通過するように位置合わせされている。
【００２１】
このような集光光学素子３１を、コンデンサレンズ４０から見て第１ピンホール板３０の手前に挿入すると、集光光学素子３１がない場合には微小ピンホールＰ１〜Ｐ５…の周囲に照射されて第１ピンホール板３０を通過することができない照明光まで、微小ピンホールＰ１〜Ｐ５内に集光されて第１ピンホール板３０を通過させることが可能となる。この働きにより第１ピンホール板３０による照明光の遮蔽量が低減され、第１ピンホール板３０及び第２ピンホール板３２が挿入される共焦点光学系時における光量低下が低減される。
【００２２】
ここで、集光光学素子３１は、ピンホール着脱機構９２によって第一ピンホール板３０と同時に挿入され及び抜き出される。このため集光光学素子３１は、第一ピンホール板３０と一体に形成されることとしてよい。このような集光光学素子３１としては、上記マルチレンズアレイや透過型回折格子を使用することができる。また、例えばマルチレンズアレイはレンズ成形技術やエッチングにより作成することが可能である。
【００２３】
第１ピンホール板３０及び第２ピンホール板３１を抜き差しして、共焦点光学系と通常の明視野光学系を切り替える場合、第１ピンホール板３０とともに集光光学素子３１を抜き差しすると、微小ピンホールから見込んだ入射光束の立体角が変動するため照明開口数（照明ＮＡ）が変動する。具体的には集光光学素子３１が光路から除かれた通常の明視野光学系時には、集光光学素子３１が挿入される共焦点光学系時と比べて照明開口数が低下し、可干渉性σ（＝照明ＮＡ／結像ＮＡ）が小さくなる。観察に最適な可干渉性σは観察対象によって異なるものであり、上記光学系の変更とは無関係に調整できることが好ましい。
【００２４】
このため、光学式検査装置１では、可変倍率光学系２０の投影倍率を変化させることによって、コンデンサレンズ４０の前側焦点位置に投影される光源の光源像の寸法を変えて、照明開口数を変更する。光学式検査装置１は、光学系切換制御部９１が光学系を切り替える際に、現在の光学系が共焦点光学系であるか通常の明視野光学系であるかに応じて、可変倍率光学系２０の投影倍率を変化させ、集光光学素子３１の着脱による開口照明の変動を相殺する照明開口数変更部９３を備える。
【００２５】
照明開口数変更部９３は、例えば、現在の光学系が共焦点光学系である場合には可変倍率光学系２０の投影倍率を低下させてコンデンサレンズ４０の前側焦点位置に投影される光源の光源像の寸法を小さくし、反対に通常の明視野光学系である場合には可変倍率光学系２０の投影倍率を増大させてコンデンサレンズ４０の前側焦点位置に投影される光源の光源像の寸法を大きくする、ことにより集光光学素子３１の有無により生じる照明開口数の変動を相殺することとしてよい。
あるいは、照明開口数変更部９３は、現在の光学系が共焦点光学系であるか通常の明視野光学系であるかに関わらず（すなわち集光光学素子３１の有無に関わらず）、照明開口数を、観察対象に応じて自由に設定するために使用してもよい。
【００２６】
可変倍率光学系２０は、２群以上のレンズ群を移動させることで、出射される光束の径φを連続的に変えることが可能なズーム光学系として構成してよい。または、これに変えて、投影倍率の異なる複数のビームエクスパンダを備えて、これを切り替えることにより、コンデンサレンズ４０の前側焦点位置に投影される光源の光源像の寸法を段階的に変更することとしてもよい。
【００２７】
このために図４に示すように、照明開口変更部９３の制御に従って、ビームエクスパンダの投影倍率を切り替えるビームエクスパンダ機構２０を備えてよい。ビームエクスパンダ機構２０は、投影倍率が異なる複数のビームエクスパンダ２１ａ〜２１ｃが設けられた円盤２２を有する。そして、照明開口変更部９３からの制御に従ってモータ２３を回転させて軸２４を回転軸として円盤２２を回転させ、照明光の光軸ａ２上に位置付けるビームエクスパンダ２１ａ〜２１ｃを切り替えることによって、投影倍率を切り替える。
【００２８】
図５に、本発明の第２実施例による光学式検査装置の概略構成図を示す。本実施例の光学式検査装置１は、観察対象の種類に応じて光学式顕微鏡の観察倍率を変えることができるように、結像光学系１８の倍率を変更する。例えば本実施例では、結像レンズ５０により結ばれた試料１５の像をさらにイメージセンサ１９上に結像するリレーレンズ８２の焦点距離を変更することによって結像光学系１８の倍率を変更する。
このため、本実施例のリレーレンズ機構８２は、図６に示すように焦点距離の異なる複数のリレーレンズ８３ａ〜８３ｃを、軸８５を回転軸として回転可能な円盤８４に設けたターレット構造を備えている。モータ８６を回転させることによって、円盤８４の回転位置を制御する。これによりレンズ８３ａ〜８３ｃのうち所望の焦点距離のレンズを対物レンズ１４の光軸ａ１上に位置付けることによって、リレーレンズ８２の焦点距離を切り替えることが可能である。
【００２９】
図５に戻って光学式検査装置１は、結像光学系１８の倍率を変更して観察倍率を変更するための観察倍率変更部９４と、観察倍率変更部９４による制御に従ってリレーレンズ８２の焦点距離（倍率）を切り替える結像光学系倍率変更部９５を備える。結像光学系倍率変更部９５は、観察倍率変更部９４による制御に従って図６に示すモータ８６を駆動することによりリレーレンズ８２の焦点距離を切り替える。
【００３０】
上述の通り、観察倍率を切り替える手法としては、光学式顕微鏡の対物レンズの倍率を切り替える手法と、対物レンズにより投影された検査対象の像を結像するための結像レンズの倍率を切り替える手法があるが、結像光学系で観察倍率を高くすると、観察視野のみが狭くなり試料を照射する照明光の照明範囲が変わらないため、投影面に導かれる光量が減少したり、また観察視野外の無駄な領域を照明するという問題がある。
そこで本実施例の光学式検査装置１を、結像光学系１８の焦点距離（倍率）に応じてコンデンサレンズ４０の倍率を変更し、第１ピンホール板３０の位置に照明光を投影する投影倍率を変更することによって試料１５に照射される照明光の強度を変更する照明強度変更手段９５を備える。
【００３１】
図７に、照明強度変更部９５に従って倍率を切り替えるコンデンサレンズ機構４０の概略構成を示す。コンデンサレンズ機構４０は、複数の焦点距離のレンズ４１ａ〜４１ｃを軸４４を回転軸として回転可能な円盤４２に設けたターレット構造を備えている。モータ４３の回転させることによって円盤４２の回転位置を制御する。これによりレンズ４１ａ〜４１ｃのうち、結像光学系１８の倍率に対応するいずれかのレンズを照明光の光軸ａ２上に位置付けて、コンデンサレンズ４０の倍率を切り替えることが可能である。
また、コンデンサレンズ機構４０は、軸４４を枢動可能に固定しかつモータ４３を固定するハウジング４５と、このハウジング４５を光軸ａ２に沿ってガイドする直動ガイド４６と、ハウジング４５を直動ガイド４６に沿って駆動するモータ４７とを備える。
【００３２】
照明強度変更部９５はモータ４３及び４７を制御して、結像光学系１８の倍率に対応して、コンデンサレンズ４０の焦点距離及びその位置を制御することによって、観察倍率変更部９４が変更する結像光学系１８の倍率に応じて、コンデンサレンズ４０の倍率を変更する。
なお、本実施例では、リレーレンズ機構８２及びコンデンサレンズ機構４０を、切換可能な複数の焦点距離のレンズにより構成したが、これらは２群以上のレンズ群を移動させてその焦点位置を保ったまま焦点距離を連続的に変える既知のズーム光学系として構成してもよい。
【００３３】
図８に、本発明の第３実施例による光学式検査装置の概略構成図を示す。本実施例では、照明光学系１２は、図１に示す光学式検査装置と同様に光源１１から順に可変倍率光学系２０、コンデンサレンズ４０及びリレーレンズ８１を備え、さらにコンデンサレンズ４０と可変倍率光学系２０との間にフライアイレンズ６０を備える。また、本実施例では光源１１として波長が２１０ｎｍ程度の固体レーザーを用いた遠紫外（ＤＵＶ）光のレーザー光源を用いる。
なお、結像光学系１８は図５を参照して説明した光学式検査装置と同一の構成要素には同じ参照番号を付して説明を省略する。
【００３４】
光源１１からの照明光は、可変倍率光学系２０、フライアイレンズ６０、及びコンデンサレンズ４０を経て第１ピンホール板３０の位置に集光される。可変倍率光学系２０は光源１１の照明光（レーザー光線）の光束の寸法（直径）を拡大して光軸に平行な光線に変換してフライアイレンズ６０に入射させる。
フライアイレンズ６０は、小さな単位レンズを数個〜数十個だけ、それぞれの頂点が同一平面上に乗るように束ねて規則並べたもので、それぞれの単位レンズは、両面の曲率半径ｒが等しく、かつ両端の頂点がそれぞれ反対側から平行光を入れたときの焦点となっている。したがってその焦点距離ｆfは次式（１）にて与えられる。
ｆf＝ｌ＝（ｎー１）×ｒ／ｎ            （１）
ここに、ｌはフライアイレンズ６０のレンズ厚（長さ）であり、ｒは各単位レンズの曲率半径であり、ｎは屈折率である。本実施例では硝材にフッ化カルシウムを用いており屈折率ｎは約１．５である。
【００３５】
フライアイレンズ６０は、その後側頂点部が、コンデンサレンズ４０の開口絞り位置（前側焦点位置）とほぼ等しくなるように配置される。するとその前側頂点面が第１ピンホール板３０の位置と共役になり、その結像倍率βは次式（２）で与えられる。
β＝ｆc／ｆf            （２）
ｆcは、コンデンサレンズ４０の焦点距離である。
可変倍率光学系２０によって光源１１からの照明光を平行光に変換してフライアイレンズ６０に入射すると、第１ピンホール板３０の位置には、次式（３）で与えられる径Ｌの光束を有する一様な明るさの照明光の像が作られる。
Ｌ＝βｄ＝ｆc／ｆf×ｄ            （３）
ここでｄは、フライアイレンズ６０の各単位レンズの前側頂点面の開口の直径とする。
【００３６】
上式（３）から明らかなとおり、フライアイレンズ６０の焦点距離ｆfを変えることによって、第１ピンホール板３０の位置における照明光の光束の直径が変動して微小ピンホールを通過する光束の照度が変わり、試料１５に照射される照明光の強度を変更される。
そこで、照明強度変更部９５は、観察倍率変更部９４が変更する結像光学系１８の倍率に応じてフライアイレンズ６０の倍率を変更する。
【００３７】
図９に、照明強度変更部９５の制御に従って倍率を切り替えるフライアイレンズ機構６０の概略構成を示す。フライアイレンズ機構６０は、倍率及び寸法の異なる複数のフライアイレンズ６１ａ〜６１ｃを有する。これらフライアイレンズ６１ａ〜６１ｃは、円盤６２に設けられる。モータ６３を回転させて軸６４を回転軸として円盤６２を回転させ、円盤６２の回転位置を制御することによって、フライアイレンズ６１ａ〜６１ｃのうち所望のレンズを可変倍率光学系２０の光軸ａ２上に位置付けて、フライアイレンズ６０の倍率を切り替える。
照明強度変更部９５は、モータ６３を制御して、結像光学系１８の倍率に対応してフライアイレンズ６０の倍率を制御する。
【００３８】
一方で、フライアイレンズ６０から射出してコンデンサレンズ４０に入射する光束の断面寸法は、可変倍率光学系２０から出射したときの平行光の光束の断面寸法と同様である。したがって、照明開口数変更部９３は、可変倍率光学系２０の投影倍率を変化させることによって、フライアイレンズ６０に入射する平行光の断面寸法変えて照明開口数を変更することが可能となる。
【００３９】
したがって、本実施例においても、光学系切換制御部９１が光学系を切り替える際に、照明開口数変更部９３が現在の光学系が共焦点光学系であるか通常の明視野光学系であるかに応じて照明開口数を変化させて、集光光学素子３１の着脱による開口照明の変動を相殺することが可能である。また、照明開口数変更部９３は、現在の光学系が共焦点光学系であるか通常の明視野光学系であるかに関わらず（すなわち集光光学素子３１の有無に関わらず）、照明開口数を、観察対象に応じて自由に設定することが可能である。
図８に示す実施例では、可変倍率光学系２０をズーム光学系として構成したが、これに代えて、図４を参照して前述したビームエクスパンダ機構２０を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、ウエハやマスクなどの半導体の検査に使用される光学式検査装置及びその照明方法に利用可能であり、特に共焦点光学系と通常の明視野光学系とを切換え可能に構成された光学式検査装置及びその照明方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施例による光学式検査装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す第１ピンホール板におけるピンホールの２次元配置を示す図である。
【図３】図１に示す第１ピンホール板及び集光光学素子の斜視図である。
【図４】図１に示す可変倍率光学系の他の実施例の概略構成図である。
【図５】本発明の第２実施例による光学式検査装置の概略構成図である。
【図６】図５に示す結像レンズ部の概略構成図である。
【図７】図５に示すコンデンサレンズ機構の概略構成図である。
【図８】本発明の第３実施例による光学式検査装置の概略構成図である。
【図９】図８に示すフライアイレンズ機構の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１    光源
１２    照明光学系
１３    ビームスプリッタ
１４    対物レンズ
１５    試料
１６    ステージ
１８    結像光学系
１９    撮像装置
２０    可変倍率光学系
３０    第１ピンホール板
３１    マイクロレンズアレイ
３２    第２ピンホール板
４０    コンデンサレンズ
５０    結像レンズ
８１、８２    リレーレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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